Modul Momen Gaya

REKHA DEWANTARA, S.Pd

MODUL

fisika

KELAS XI SMA

MOMEN GAYA

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kelancaran sehingga modul
digital bertema dinamika rotasi. Modul ini disusun berdasarkan kurikulum 2013 dengan penekanan
diarahkan pada standar kompetensi lulusan yang berupa domain sikap, keterampilan dan
pengetahuan.

Modul ini dilengkapi dengan uraian materi, contoh soal, diskusi, rangkuman, tes formatif dan
kunci jawaban. Penulis berusaha menyusun modul sesuai dengan kebutuhan siswa dan guru agar
tercipta pembelajaran yang mandiri dan efektif.

Penulis sangat berharap modul ini bermanfaat bagi siswa dalam memahami pelajaran fisika
dan bagi rekan guru dalam mengajar fisika. Kritik dan saran selalu terbuka untuk perbaikan modul
ini di edisi mendatang.

Juni 2021

Fisika – Momen Gaya ii

DAFTAR ISI

Cover ....................................................................................................................... i
Kata Pengantar ........................................................................................................ ii
Daftar Isi.................................................................................................................. iii

A. Pendahuluan 4
1. Deskripsi Singkat ................................................................................. 4
2. Petunjuk Penggunaan Modul................................................................
4
B. Inti 4
1. Capaian Pembelajaran .......................................................................... 5
2. Pokok Materi ........................................................................................ 5
3. Uraian Materi ....................................................................................... 5
3.1 Dinamika Rotasi ............................................................................. 9
3.2 Momen Gaya .................................................................................. 10
4. Tugas ....................................................................................................
5. Forum Diskusi ...................................................................................... 10
11
C. Penutup 15
1. Rangkuman............................................................................................
2. Tes Formatif ..........................................................................................

Daftar Pustaka .........................................................................................................

Fisika – Momen Gaya iii

A. Pendahuluan

A. Pendahuluan

1. Deskripsi Singkat Materi
Peserta didik yang hebat, generasi masa depan “Indonesia Maju” semoga Anda semua selalu
dalam keadaan sehat dalam lindungan Tuhan YME, jangan mudah mengeluh dalam berbagai
keterbatasan. Buatlah keterbatasan yang ada menjadi peluang untuk dapat melakukan yang
terbaik, sehingga Ananda semua menjadi generasi yang tangguh dalam kondisi apapun yang
senantiasa selalu mengharap petunjuk dan ridho dari Tuhan YME. Pada modul kali ini yang
membahas tentang momen gaya. Terdapat prasyarat utama sebelum membahas materi pada
modul ini yaitu Ananda harus memahami konsep tentang vektor, besaran-besaran pada
kinematika translasi yang membahas tentang konsep gerak benda dengan kecepatan konstan
(GLB) dan gerak benda dengan percepatan konstan (GLBB)

2. Petunjuk Penggunaan Modul

a. Mempelajari bahan ajar ini haruslah berurutan.
b. Bacalah dan pahamilah materi yang ada dengan cermat dan teliti.
c. Pahamilah contoh-contoh soal yang ada, dan kerjakanlah semua soal latihan yang

ada.
d. Kerjakanlah soal evaluasi dengan cermat.
e. Jika menemukan kesulitan yang tidak dapat diselesaikan, catatlah dan tanyakan

kepada guru melalui whatsapp atau forum google classroom.
f. Bacalah sumber lain yang relevan dengan bahasan materi pada modul ini.

B. InBt.i Inti

1. Capaian Pembelajaran
Setelah mempelajari modul ini, anda diharapkan dapat:
a. Memahami konsep memen gaya
b. Merumuskan hubungan antara momen gaya dan percepatan sudut
c. Menyelesaikan persoalan mengenai momen gaya

2. Pokok Materi
a. Dinamika Rotasi
b. Momen gaya
c. Momen Inersia

Fisika – Momen Gaya 4

3. Uraian Materi

3. Uraian Materi
3.1 Dinamika Rotasi
Dinamika rotasi adalah ilmu yang mempelajari tentang gerak rotasi (berputar) dengan
memperhatikan aspek penyebab, yaitu momen gaya. Momen gaya atau yang lebih
dikenal dengan torsi ini yang menyebabkan terjadinya percepatan sudut. Suatu benda
dikatakan melakukan gerak rotasi (berputar) jika semua benda bergerak mengelilingi
poros atau sumbu putar. Sumbu putar benda terletak pada salah satu bagian dari benda
tersebut.

3.2 Momen Gaya

Coba kita perhatikan gambar diatas, apakah pernah anda melihat kejadian seperti
diatas? Menurut anda kenapa mereka menyambung kunci dengan sebuah tongkat
panjang saat kesulitan untuk membuka baut ban tersebut?. mengapa demikian?.
Kemudian konsep fisika seperti apa yang mampu menjelaskan gambar diatas?
untuk menjawab pertanyaan tadi kita perlu memahami apa itu momen gaya.

Apakah Momen gaya / torsi itu?
Kita telah mempelajari di pelajaran kelas 10, bahwa untuk menjadikan sebuah
benda diam menjadi bergerak translasi (lurus), anda perlu mengerjakan gaya pada
benda itu. Ini sama halnya untuk membuat suatu benda tegar berotasi (berputar)
terhadap suatu porosnya (titik tumpu), anda perlu mengerjakan sebuah momen

Fisika – Momen Gaya 5

gaya. Kemudian apa itu memomen gaya?, Momen gaya biasa juga di sebut torsi
merupakan besaran vektor yang mengakibatkan benda berotasi atau berputar.
Perhatikan gambar berikut!

Berdasarkan gambar diatas, seseorang memberikan gaya kepada kunci sehingga dapat
memutar baut. Baut berfungsi sebagai sumbu dari rotasi, sedangkan perpanjangan garis
gaya disebut garis kerja gaya. . Jika gaya (F) yang diberikan tangan (garis kerja gaya)
tegak lurus terhadap lengan kunci, maka lengan kunci ini berfungsi sebagai lengan gaya.
Namun, jika gaya yang diberikan tidak tegak lurus lengan kunci, maka lengan gaya
merupakan jarak yang tegak lurus dari sumbu rotasi dengan garis kerja gaya (r). Untuk
memahami komnsep Momen Gaya /Torsi (τ), Perhatikan beberapa kejadian berikut !

Sekarang Ananda coba perhatikan Gambar di atas, Untuk memutar baut, kedudukan 6
tangan seperti gambar (c) lebih mudah dilakukan daripada kedudukan tangan pada gambar
(b) dan (a). Sementara kedudukan tangan seperti gambar (b) lebih mudah dilakukan
daripada seperti gambar (a). Gaya (F) yang diperlukan untuk memutar baut pada
kedudukan (c) lebih kecil dari gaya yang diperlukan pada gambar (b) atau (a).

Fisika – Momen Gaya

Berdasarkan fakta ini, besar gaya putar atau momen gaya tidak hanya ditentukan oleh
besar gaya, tetapi juga panjang lengan gaya (r). Hubungan ketiga faktor ini, diberikan
dengan persamaan berikut.

=

Atau

=

Dimana :
τ = Momen Gaya (Nm)
F = Gaya yang bekerja (N)
r = Lengan Momen (m)
θ = sudut yang terbentuk antara garis kerja gaya F terhadap lengan momen r
Seperti halnya gaya F, torsi τ juga termasuk besaran vektor, yang memiliki besar dan arah.
Bedanya, arah torsi hanya dua, searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah torsi
ini cukup dibedakan dengan memberikan tanda positif (berlawanan dengan perputaran
arah jarum jam), atau negatif (searah dengan perputaran arah jarum jam).

Contoh soal 1

Tiga buah gaya bekerja pada batang AD yang bermassa 2 kg seperti pada gambar.
Hitunglah resultan momen gaya terhadap titik B ! ( dimana g = 10 m/s²)

Jawab :
Untuk menentukan momen gaya yang bekerja pada titik B pada benda tegar AD yang
bermassa 2 kg, maka uraian vektor – vektor gaya yang bekerja pada benda dapat diperoleh
sebagai berikut

Fisika – Momen Gaya 7

= + +
= (− . 1 ) + (− . ) + ( . 3 )
= (−0,2 . 5) + (−0,25 . 2 . 10) + (0,55. 3 . 300 )
= (−1) + (−5) + (0,55. 4 . 1 2 )
= (−1) + (−5) + (1,1)
= (−1) + (−5) + (1,1)
= − ,

Jadi, resultan momen gaya terhadap titik B (B sebagai poros) adalah 4,9 Nm dengan
arah searah putaran jarum jam

Contoh soal 2

Empat buah gaya masing-masing :
F1 = 100 N
F2 = 50 N
F3 = 25 N
F4 = 10 N
bekerja pada benda yang memiliki poros putar di titik P seperti ditunjukkan gambar berikut! Jika
ABCD adalah persegi dengan sisi 4 meter, dan tan 53o = 4/3, tentukan besarnya momen gaya yang
bekerja pada benda dan tentukan arah putaran gerak benda!

Fisika – Momen Gaya 8

Jawab :
Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda (tampak depan) sebagai gambar berikut :

Misal :
(+) untuk putaran berlawanan arah jarum jam
(−) untuk putaran searah jarum jam

∑ = − 1 + 2 + 3 + 4 +

∑ = −200 + 60 + 0 + 10 + 0 = −130

Sesuai perjanjian tanda di atas, benda perputar searah jarum jam

Tugas

Empat buah gaya masing-masing :
F1 = 10 N
F2 = 10 N
F3 = 10 N
F4 = 10 N
dan panjang AB = BC = CD = DE = 1 meter

Dengan mengabaikan berat batang AE, tentukan momen gaya yang bekerja pada
batang dan arah putarannya jika:
a) poros putar di titik A
b) poros putar di titik D

Fisika – Momen Gaya 9

Forum Diskusi

Forum Diskusi

Pada gambar diatas seorang bapak sedang bermain jungkat- jungkit
dengan anaknya, jika kita perhatikan, posisi duduk si bapak dengan
anak berbeda, mengapa demikian?.

Rangkuman

1. Momen gaya (torsi) dapat dianalogikan dengan gaya untuk gerak rotasi. Seperti
gerak translasi, torsi mengakibatkan percepatan sudut.

2. Besar gaya putar atau momen gaya tidak hanya ditentukan oleh besar gaya, tetapi juga panjang
lengan gaya (r). Hubungan ketiga faktor ini, diberikan dengan persamaan berikut.

=

3. Apabila gaya yang bekerja pada lengan gaya tidak tegak lurus, maka besar
torsinya adalah :

=

Fisika – Momen Gaya 10

Soal Formatif

1. Sebuah Batang AB memiliki panjang 10 meter dengan poros di titik B diberikan gaya 20
N yang membentuk sudut siku-siku terhadap batang. Besar torsi yang dialami oleh batang
AB tersebut adalahh…?
a. 50 Nm
b. 100 Nm
c. 150 Nm
d. 200 Nm
e. 250 Nm

2. Sebuah batang yang diabaikan massanya dipengaruhi tiga buah gaya Besar FA = FC =
10 N dan FB = 20 N seperti gambar. Jika jarak AB = BC = 20 cm, maka besar momen
gaya terhadap titik C adalah..
a. 0
b. 1 N.m
c. 4 N.m
d. 6 N.m
e. 8 N.m

3. Jika panjang sebuah Batang AB adalah 10 meter dengan poros di titik B diberikan gaya
10 N yang membentuk sudut 30° terhadap batang. Besar torsi yang dialami oleh batang
AB tersebut adalahh…?
a. 50 Nm
b. 100 Nm
c. 150 Nm
d. 200 Nm
e. 250 Nm

4. Bangun persegi ABCD berikut dengan sisi sisi 20 √2 cm bekerja gaya F seperti pada
gambar. Besarnya torsi F dengan poros di titik A adalah …

a. 2 Nm
b. 2 √2 Nm
c. 4 Nm

Fisika – Momen Gaya 11

d. 20 √2 Nm
e. 200 Nm
5. Sebuah batang yang massanya diabaikan dipengaruhi tiga buah gaya Fa = Fc = 10 N dan
Fb = 20 N seperti pada gambar

Jika jarak AB = BC = 20 cm, maka besar momen gaya terhadap titik C adalah...
a. 0 Nm
b. 1 Nm
c. 4 Nm
d. 6 Nm
e. 8 Nm
6. Sistem benda tegar dirangkai seperti gambar di bawah. agar sembang, maka besarnya
F di titik C adalah … .

a. 50 N
b. 80 N
c. 100 N
d. 120 N
e. 180 N
7. Jika massa batang diabaikan, besar momen gaya terhadap titik C adalah ...

Fisika – Momen Gaya 12

a. 1 Nm
b. 10 Nm
c. 15 Nm
d. 20 Nm
e. 25 Nm
8. Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm mendapat tiga gaya yang sama besarnya 10 newton
seperti pada gambar dibawah ini :

Jika tongkat diputar di titik C, maka momen gaya total adalah ....?
a. 0,5 Nm
b. 3 Nm
c. 100 Nm
d. 300 Nm
e. 500 Nm
9. Batang AD yang massanya diabaikan diletakan mendatar dan dikerjakan tiga buah gaya
sepertigambar dibawah

Resultan momen gaya yang bekerja pada batang jika diputar pada poros D adalah ....
(sin530=0,8)
a. 2,4 Nm
b. 2,6 Nm
c. 3,0 Nm
d. 3,2 Nm
e. 3,4 Nm

Fisika – Momen Gaya 13

10. Lima buah gaya bekerja pada sebuahpersegi seperti dibawah ini.

Besar momen dipusat persegi adalah...
a. 0 Nm
b. 2 Nm
c. 4 Nm
d. 6 Nm
e. 8 N.m
Kunci jawaban
1. D
2. A
3. B
4. E
5. A
6. C
7. A
8. A
9. D
10. A

Fisika – Momen Gaya 14

DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2017. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Kanginan, Marthen. 2008. Seribu Pena Fisika SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Lasmi, Ni Ketut. 2015. Seri Pendalaman Materi (SPM) Fisika. Bandung: Penerbit Esis Sears,
Zemansky. 1994. Fisika Untuk Universitas 2 (Terjemahan). Bandung: Penerbit Binacipta. Surya,
Yohanes.1996. Olimpiade Fisika SMU Caturwulan Kedua Kelas 2. Jakarta: Penerbit PT Primatika
Cipta Ilmu.

Fisika – Momen Gaya 15